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光電探測器和神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器作為兩種典型的光電子器件，在光信息的感知和處理方面具有重要作用。光電探測器具有快速的光響應和高靈敏度，適用于光學(xué)傳感、通信和成像系統等領(lǐng)域。而神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器受人眼視覺(jué)系統的啟發(fā)，能夠感知、存儲和處理光信號。兩種光電子器件各具特點(diǎn)且功能互補。因此，若能在單個(gè)器件上實(shí)現光電探測器和神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器的集成，并可按應用場(chǎng)景進(jìn)行切換，將提高光電子器件的集成度并拓寬其應用領(lǐng)域。然而，由于兩者光響應速度存在的矛盾，使得在單個(gè)器件上同時(shí)實(shí)現這兩種器件的功能集成變得尤為困難。?

為解決上述問(wèn)題，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心聯(lián)合研究部副研究員張興來(lái)等，構筑了一種溝槽橋接GaN/Ga₂O₃/GaN雙異質(zhì)結陣列器件。通過(guò)調節Ga₂O₃中氧空位的電離和去電離過(guò)程，器件在低電壓和高電壓下分別表現出易失性和非易失性光電流。也就是說(shuō)，僅通過(guò)改變工作電壓的大小，即可在單個(gè)器件上實(shí)現光電探測和神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器兩種角色的轉換。該器件在低電壓作為光電探測器工作時(shí)，展現出很快的光響應速度（118 μs）和很高的比探測率（1.13 × 10¹¹ Jones），并實(shí)現了光控邏輯電路、光電成像和光通信等復雜功能。而器件在高電壓作為神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器工作時(shí)，實(shí)現了包括雙脈沖易化、短程可塑性到長(cháng)程可塑性的轉變、經(jīng)驗學(xué)習行為以及圖像記憶等神經(jīng)突觸特性的模擬。此外，經(jīng)過(guò)器件對圖像的神經(jīng)形態(tài)預處理后，圖像的識別效率提高了62.4%。這一研究不僅為在單個(gè)器件上同時(shí)實(shí)現光電探測器和神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)傳感器的各種先進(jìn)功能提供了新方法，而且為實(shí)現機器人視覺(jué)系統和神經(jīng)形態(tài)計算提供了可能。?

近日，相關(guān)研究成果以Dual-mode conversion of photodetector and neuromorphic vision sensor via bias voltage regulation on a single device為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI:?10.1002/adma.202308090）上。?

圖1.?器件的設計概念、結構和特性。（a）根據光響應速度特性對光電器件的功能分類(lèi)示意圖。（b）GaN/Ga₂O₃/GaN陣列器件示意圖。（c）器件和（d）溝槽橋接Ga₂O₃納米線(xiàn)的SEM圖像。不同偏置電壓下器件的（e）瞬態(tài)光響應以及（f）光電流衰減擬合曲線(xiàn)。異質(zhì)結的能帶結構示意圖：（g）無(wú)光照和偏壓，（h）紫外光照和高偏置電壓，（i）紫外光照和低偏置電壓。（j）異質(zhì)結中O 1s的XPS能譜。

圖2.?器件作為光電探測器的功能化應用。（a）器件的成像原理圖以及所獲得的成像字母；（b）光通信系統的原理圖；（c）基于該器件實(shí)現的摩爾斯電碼傳輸。